Прорыв MIT: эластичные, стираемые в машинке одежды со встроенными сенсорами для мониторинга жизненных показателей в реальном времени

Исследователи MIT открыли метод вплетения сенсоров прямо в эластичные ткани, создавая одежду, которая непрерывно мониторит жизненные показатели — температуру, дыхание и частоту сердца — оставаясь полностью стираемой в машинке.

Эти умные, форму-приспосабливаемые одежды могут быть развернуты для удаленного мониторинга пациентов — от домашнего ухода до больничных настроек — так же как для отслеживания производительности спортсменов. Они также поддерживают телемедицину, критическую потребность во время пандемии COVID-19, где клиницисты все чаще консультируют пациентов виртуально.

«Мы можем встраивать любой коммерчески доступный электронный компонент — или кастомную лабораторную схему — в повседневные текстили, производя конформирующую одежду», — сказала Джанан Дагдевирен, ассистент-профессор Media Arts and Sciences в MIT. «Система полностью настраиваемая, позволяя нам адаптировать одежду для любого, кому нужны непрерывные физиологические данные, такие как температура или респираторная частота».

Технология опирается на компрессионный контакт: сенсоры прижимаются к коже, но вся одежда — включая встроенную электронику — остается стираемой. Исследование команды, опубликованное в Nature, демонстрирует, что текстильная платформа может быть настраиваема по форме, размеру и функции, используя стандартные высокопроизводительные текстильные мануфактуры и техники выкройки одежды.

Названный Stretchable Electronic Textile Conformable Suit (E-TeCS), дизайн имитирует компрессионную футболку, достигая контакта с кожей при мягком давлении 25 мм рт.ст., что повышает комфорт и точность сенсоров.

Костюм построен из кастомно-ткацкой ткани, размещающей гибкие, эластичные электронные полоски. Эти полоски, включающие сенсорные IC и интерконнекты, изготовлены на двухслойных промышленных гибких PCB и затем инкапсулированы термопластичным полиуретаном (TPU TE-11C, DuPont) и стираемым инкапсулянтом (PE773, DuPont).

E-TeCS доставляет замечательную точность: температура кожи до ±0.1°C с разрешением 0.01°C, и измерение частоты сердца и дыхания с точностью 0.0012 м/с² благодаря механо-акустическому инерциальному детектированию.

Вязаные электроники могут растягиваться до 30% за 1000 циклов без значительной потери механической или электрической производительности.

Интеграция электроники в текстиль предлагает улучшенную подвижность и комфорт для пользователей, по словам исследователей. Существующие решения часто ограничены одиночным-параметровым сенсированием или лишены масштабируемости и эластичности для коже-контактных приложений.

Подход MIT сочетает тонкие, настраиваемые электронные устройства — включая готовые IC и интерконнекты — с пластиковыми подложками, которые могут быть сплетены в вязаные ткани с использованием высокопроизводительного производства. Результат — компрессионного-стиля одежда, обеспечивающая надежный кожный контакт.

Для доказательства мануфактурируемости команда произвела семь модулей: четыре температурных сенсирования, один инерциальный сенсирования и два интерконнекта модуля. Они включили 66 температурных сенсоров и 20 интерконнект-полос на гибком PCB 25 × 27.5 см (KingCredie).

Архитектура сенсорной сети соединяет каждый сенсор горизонтально через интерконнекты, каналяя сигналы к внешнему слою, размещающему Bluetooth Low Energy (BLE) модуль, микропроцессор и источник питания.

Демонстрируя масштабируемость, исследователи изготовили прототип футболки, показывающий roll-to-roll производство сенсорно-встроенных тканей. Эти ткани могут быть разрезаны, соединены и адаптированы для разнообразных применений.

Будущая работа включает разработку дополнительных типов одежды — таких как брюки — и интеграцию сенсоров для других индикаторов здоровья, вроде насыщения крови кислородом.

Для визуального обзора посмотрите видео исследователей ниже.

>> Ранняя версия этой статьи была первоначально опубликована на нашем партнерском сайте, Electronic Products.